Рассказы об электричестве

Но, как и обещает заголовок раздела, прежде — магнитогидродинамический метод. Суть его такова: топливо, сгорая при достаточно высокой температуре (не меньше 2500 °C), дает газы, как мы уже знаем, в состоянии частично ионизованной плазмы. Следовательно, газ становится электропроводящим. Если же к плазме добавить еще какое-нибудь легко ионизирующееся вещество, ну хотя бы какой-нибудь из щелочных металлов (калий, натрий или цезий), то электропроводность ее еще возрастет.

Теперь представьте себе, что мы стали продувать эту плазму через мощное магнитное поле. Естественно, что в ней немедленно появится электрический ток. Если при этом к стенкам канала, по которому сквозь магнитные силовые линии мчится наша плазма, приделать электроды, замкнутые на внешнюю цепь, то по цепи пойдет ток…

В принципе работа МГД-генератора не отличается от классической схемы генератора Фарадея. Только в электромеханическом генераторе проводником служит обмотка ротора, а в МГД-генераторе — поток подогретой плазмы. Электрический ток в плазме, взаимодействуя с магнитным полем, тормозит движение плазмы. И ее кинетическая энергия превращается в тепловую.

Ну а чем же МГД-генератор лучше? Пожалуй, главное его преимущество — более высокий КПД. В зависимости от технического решения он может превышать на десять, а то и на двадцать процентов коэффициент полезного действия самых лучших и экономичных тепловых электростанций.

Кроме того, вы ведь, наверное, заметили, что в схеме МГД-генератора нет движущихся частей, на которые воздействовала бы высокая температура. Это очень важно. Ведь чем выше начальная температура рабочего тела в тепловом двигателе, в турбине, тем выше опять же КПД. Но лопатки турбин больше чем 540 °C не выдерживают. А тут — 2600 °C!

Правда, не очень пока понятно, из чего делать канал МГД-генератора. Где взять материалы, которые выдержали бы такую температуру? Ну, во-первых, кое-что в запасе у инженеров все-таки есть. А во-вторых, стенки канала можно и должно охлаждать. Ведь поливать водой неподвижную трубу — совсем не то что охлаждать таким способом бешено вращающиеся части в турбине…

Советская установка «Памир-1» с МГД-генератором на геофизическом полигоне.

Пока на пути к созданию промышленного образца МГД-генератора взяты далеко не все барьеры, обойдены не все препятствия. Тут и надежность материалов, и проблема создания на всем протяжении плазменного канала (а это метров двадцать) магнитного поля большой интенсивности — около 5–6 тесла (или 50–60 тысяч гаусс).

МГД-генератор даст нам постоянный ток. Естественно, что для широкого использования его придется превращать в переменный, что тоже не так-то просто. И все же, несмотря на трудности, в Советском Союзе, в полном соответствии со специально разработанной программой, уже начато сооружение первого в мире промышленного МГД-энергоблока электрической мощностью на 500 тысяч киловатт, который будет работать на природном газе. Одновременно ученые ведут исследование МГД-установок, способных работать на угле. И есть предположение, что в дальнейшем МГД-генерато-ры можно будет устанавливать на атомных электростанциях. Атомный реактор будет служить вместо или в качестве камеры сгорания. А рабочим телом явится какой-нибудь легко ионизирующийся газ. Может быть, это будет гелий, который станет двигаться по замкнутому контуру. Вы скажете: «Это все пока проекты… А где синица в руки?» Ну что же — вот вам тогда и синица.

Два года назад довелось мне побывать на Кольской сверхглубокой скважине, неподалеку от города Заполярный. Это была очень интересная поездка, знакомство с первопроходчиками «подземного космоса», людьми, которые первыми во всем мире заглянули на глубины в двенадцать километров. Мировая практика пока не знает таких скважин.

Не зря участники международного геологического конгресса, проходившего в Москве в 1984 году, единодушно высказали единственную просьбу — побывать на уникальном сооружении и познакомиться с чудом XX века, созданным руками советских ученых, инженеров и рабочих.

Однако, если вы посмотрите в энциклопедию, то обнаружите, что средний радиус Земли 6371,032 километра. Глубина Кольской сверхглубокой — 12 километров. Ощущаете разницу?.. Изучение глубоких недр пока доступно только лишь косвенными геофизическими методами. И надо сказать, что в арсеналах науки о Земле такие методы имеются. Одни из них — сейсмический и гравиметрический — довольно хорошо известны широкому читателю. Другие — электромагнитные — знакомы меньше. Но именно о них-то и пойдет дальше речь. Заключается электромагнитный метод исследования недр в том, что, создавая на поверхности Земли электрическое поле, геофизики индуцируют электрические токи во внутренних проводящих слоях Земли. Эти токи создают собственное поле, которое и улавливается специальными датчиками на поверхности. Понятно, что токи в недрах, а следовательно, и их поля зависят от электропроводности слоев.

И такие измерения как бы просвечивают Землю, выдавая информацию о состоянии залегающих в глубине пород.

Разработанные методы электромагнитного зондирования, к сожалению, тоже позволяли исследовать глубины Земли лишь на несколько километров. Не хватало мощности передвижных генераторов — источников электроэнергии.

Но вот Институт атомной энергии имени И. В. Курчатова разработал мощные импульсные МГД-генераторы, развивающие в импульсах мощность до 80-100 тысяч киловатт. На перешейке полуострова Рыбачий в Баренцевом море собрали установку из двух спаренных пороховых ракетных двигателей, преобразующих энергию плазмы в электрический ток. Рядом стояли батареи начального возбуждения. Они посылали ток большой силы в катушки соленоидов, расположенных сверху и снизу плазменного канала. Возникающее при этом мощное поперечное магнитное поле тормозит поток плазмы и создает электродвижущую силу. При этом с токосъемников плазменного канала ток шел по толстому алюминиевому кабелю, стекал в море и… дальше по толще морской воды огибал полуостров, чтобы поймать второй конец алюминиевого кабеля.

Так в общем виде выглядит и так в принципе работает МГД-установка «Хибины», предназначенная для электромагнитного зондирования недр. Почему выбрали опять Кольский полуостров? Это легко объяснить: здесь на поверхность выходят древнейшие образования Земли и, как нигде в другом месте, открывается возможность изучения кристаллического фундамента. Кроме того, здесь данные МГД-зондирования можно сравнить с результатами, полученными на Кольской сверхглубокой. А ведь Кольский полуостров — это не просто «каменный заповедник», но и край исключительных подземных богатств, ключ ко многим, еще, может быть, неразведанным месторождениям Севера.

И надо сказать, что оба метода во многом помогли друг другу. На скважине геологи, рассказывая о результатах, не раз многозначительно умолкали, говорили, что столкнулись в процессе бурения и отбора керна с рядом загадок… Тот же мотив звучал и в рассказах участников эксперимента «Хибины».

Но когда свели данные одного и другого исследования, то оказалось, что ряд неясных вопросов одного метода можно интерпретировать с помощью измерений, сделанных вторым…

И последний вопрос: зачем понадобился МГД-генератор? Ответ прост: очень было бы трудно создать другими средствами мобильный генератор на такую мощность в импульсе. А с помощью этой неожиданной техники удалось «просветить» Землю на огромной территории и на десятки километров вглубь. Так новая, можно сказать, новейшая техника, находящаяся еще в стадии разработки, уже дает результаты, служит науке, служит людям.

Заключение

Вы, наверное, заметили, уважаемый читатель, что на протяжении всего повествования текст не раз прерывался рассказами автора о его поездках и впечатлениями об увиденном. Позвольте и заключение сделать в том же ключе. Тем более что у рабочего стола еще стоит не разобранный до конца чемодан, только что прилетевший вместе со мною из Якутии. За шесть тысяч километров летал я в край алмазов и золота, чтобы рассказать о тех, кто работает в суровых местах на вечной мерзлоте и чья работа столь интересна, что ее трудно сравнить с какой-нибудь другой.

Итак, я прилетел туда в октябре. Самолет приземлился на полосе около семи вечера. Было темно. В черном звездном небе длинной извилистой занавеской висело полярное сияние. Пощипывал мороз, скрипел под ногами снег. В Ленинграде я оставил дождь, плюс двенадцать. Встречающие меня сказали, что погода сегодня не холодная, минус двадцать пять…

В поселке, до которого от аэропорта было километров пятнадцать, горели ярко освещенные окна, и в домах от батарей центрального отопления шло живительное тепло. С экранов телевизоров громко и разноцветно передавали новости.